Pengertian transistor, fungsi
transistor dan cara kerja transistor merupakan salah satu pengetahuan yang
diperlukan bagi seseorang yang memulai belajar elektronika, yang berminat
tentang elektronika maupun bagi akademisi yang terdapat pelajaran elektronika
dasar.
Pada rangkaian elektronika,
komponen transistor tidak dapat dipisahkan mengingat fungsinya yang sangat
penting dalam mengolah sinyal, menguatkan arus, bahkan memproduksi sinyal, dan
lain sebagainya. Kegunaan transistor sangat banyak, di setiap perangkat
elektronika yang kita pakai pasti terdapat komponen transistor di dalamnya
seperti komputer, televisi, bahkan smartphone tidak akan lepas dari komponen
yang satu ini.
Sebelum mengenal lebih jauh mengenai
fungsi transistor dan cara kerjanya, terlebih dahulu kita harus tahu pengertian
transistor secara umum dan apa itu sebenarnya komponen transistor.
Pengertian Transistor
Pengertian transistor merupakan salah
satu komponen aktif yang terbuat dari bahan semikonduktor dan memiliki fungsi
dasar sebagai penguat, saklar elektronik dan pembangkit sinyal. Disamping
fungsi dasar tersebut tentu saja transistor memiliki fungsi turunan yang sangat
beragam sesuai dengan desain rangkaian
elektronika yang dibutuhkan.
Pada dasarnya transistor memiliki 3
kaki atau tiga elektroda, yaitu basis, kolektor, dan emitor. Ketiga kaki
transistor ini memiliki fungsi tersendiri namun tidak dapat dipisahkan satu
sama lain. Transistor secara umum dapat diibaratkan seperti keran arus yang
dapat mengalirkan atau menghambat arus listrik sesuai dengan kontrol yang diberikan.
Transistor pertama kali yang
ditemukan adalah jenis transistor bipolar atau BJT (Bipolar Junction Transistor),
ditemukan oleh tiga ilmuwan Fisika yang berasal dari Amerika, Yaitu William
Shockley, John Bardeen dan Walter Brattain pada tahun
1947. Pada asal mulanya, transistor dicipkatan untuk menggantikan tabung hampa
yang sejak saat itu sudah digunakan sejak lama. Prinsip kerja tabung hampa (Vaccum Tube)
hampir sama dengan transistor. Hanya saja tabung hampa memiliki ukuran fisik yang
berkali-kali lipat dari transistor dan memerlukan tegangan tinggi untuk membuat
komponen tersebut bekerja.
Berbeda dengan tabung hampa yang
menggunakan elemen cahaya sebagai filamen dan tegangan tinggi untuk membuatnya
dapat bekerja, transistor menggunakan bahan semikonduktor yang jauh lebih
efisien karena memiliki ukuran fisik yang jauh lebih kecil dan memerlukan
tegangan rendah untuk dapat mengoperasikannya.
Sejak ditemukannya transistor, semua
peralatan elektronika pada saat itu menyusut menjadi jauh lebih kecil dengan
kemampuan yang semakin tinggi, terutama pada peralatan komputer. Begitu juga
dengan peralatan elektronika yang lainnya. sehingga komponen transistor ini
menjadi komponen yang sangat penting pada rangkaian elektronika.
Fungsi Transistor
Fungsi
transistor pada rangkaian elektronika variasinya sangatlah banyak.
Namun pada dasarnya ada beberapa fungsi utama yang terdapat pada transistor,
yaitu fungsi transistor sebagai saklar, sebagai penguat, sebagai gerbang
logika, dan sebagai pembangkit osilator.
Fungsi transistor sebagai saklar
Fungsi transistor yang pertama adalah
sebagai saklar elektronik. Berbeda dengan prinsip kerja saklar sederhana dan
saklar elektromekanik pada relay, saklar elektronik pada transistor dikontrol
secara elektrik yang dapat dikondisikan tanpa adanya komponen mekanik yang
bekerja. Oleh karena itulah saklar dengan komponen transistor disebut dengan
saklar elektronik.
Saklar elektronik yang menggunakan
transistor memiliki beberapa kelebihan dibandingkan dengan saklar mekanik biasa
atau elektromekanik. Yakni kemampuan kecepatan tinggi dalam proses kondisi ON
ataupun OFF. Selain itu saklar dengan komponen transistor tidak memiliki “aus”
seperti halnya terjadi pada saklar mekanik yang seiring berjalannya waktu,
sehingga saklar dengan transistor memiliki umur yang jauh lebih panjang.
Kegunaan transistor lainnya sebagai
saklar adalah terdapat pada rangkaian driver motor stepper atau semua rangkaian
driver yang menggunakan sistem pulsa sebagai kontrolnya. sistem driver motor
dengan sistem pulsa dapat diibaratkan sebuat saklar yang di on dan di off
secara terus menerus, hanya dengan kecepatan tinggi. Semakin tinggi kecepatan
pulsa tersebut maka motor yang digerakan akan semakin cepat pula.
Fungsi transistor sebagai Penguat (amplifier)
Fungsi lain dari transistor yang
paling umum adalah sebagai penguat atau amplifier. Apakah itu penguat audio,
penguat radio frekuensi (RF), penguat arus, dan lain sebagainya dapat dilakukan
dengan komponen transistor.
Pada pengaplikasian fungsi transistor
sebagai penguat, ada beberapa konfigurasi rangkaian yang digunakan, antara lain
pengikut basis (common basis), pengikut kolektor (common collector),
dan pengikut emitor (common emitor). Yang mana secara detailnya akan dijelaskan
pada artikel tersendiri.
Sebuah penguat transistor pada
dasarnya terdiri dari dua parameter yang dikuatkan, yakni penguatan arus dan
penguatan sinyal. Pada rangkaian amplifier audio, jenis sinyal yang dikuatkan
adalah sinyal AC dengan frekuensi 20-20kHz. Sedangkan contoh kegunaan
transistor pada penguatan arus adalah terjadi pada rangkaian power supply atau
catu daya.
Fungsi transistor sebagai gerbang logika
Gerbang logika merupakan rangkaian
paling dasae dari sebuah rangkaian digital. Sebuah IC yang terdapat pada
beberapa komponen komputer seperti pada RAM, CPU, dan peripheral yang terdapat
didalamnya sebagian besar adalah terdiri dari jutaan gerbang logika. Rangkaian
gerbang logika ini pada dasarnya dibuat dengan menggunakan transistor. Sehingga
peran transistor pada rangkaian gerbang logika tidak dapat dipisahkan.
Ada beberapa konfigurasi gerbang
logika yang ada para teknik digital, antara lain gerbang AND, gerbang NAND,
gerbang NOR, gerbang, OR, gerbang NOT dan lain sebagaiya. Berikut ini adalah
contoh fungsi transistor pada rangkaian gerbang logika NAND.
Rangkaian diatas merupakan contoh
penerapan fungsi transistor sebagai gerbang logika NAND. Gerbang logika NAND
akan menghasilkan kondisi output bernilai 1 ketika kedua inputnya memiliki
kondisi satu. Jika gerbang NAND diuraikan dengan menggunakan transistor, maka
rangkaiannya akan tampak seperti gambar rangkaian diatas.
Cara kerja transistor
sebagai gerbang NAND cukup sederhana, dioda led merupakan indikator yang akan
menunjukan kondisi dari rangkaian ini. Ketika dioda LED menyala, makan kondisi
output dari rangkaian transistor adalah sama dengan 1, dan sebaliknya.
Misalnya pada saat salah satu IN 1
atau IN2 berkondisi 1, katakanlah IN1 berkondisi 1 dan IN2 berkondisi 0. Dalam
hal ini kondisi 1 yang dimaksud adalah tegangan yang mendekati nilai 5V, maka
transistor akan bersaturasi sehingga arus dari kaki kolektor transistor T1 akan
mengalir melalui emitor, sehingga dioda LED akan menyala. Secara umum fungsi
transistor sebagai gerbang logika pada dasarnya tidak jauh berbeda dengan
fungsinya sebagai saklar, hanya saja lebih kompleks.
Fungsi transistor sebagai pembangkit sinyal (osilator)
Osilator merupakan rangkaian
elektronika yang dapat menghasilkan sinyal dengan amplitudo dan frekuensi
tertentu. Pada dasarnya prinsip pembangkitan getaran frekuensi digunakan
komponen L-R-C, yakni perpaduan antara induktor, resistor dan kapasitor
sehingga menghasilkan resonansi tertentu. Namun agar frekuensi dapat
dibangkitkan, LRC saja tidaklah cukup, diperlukan sebuah komponen aktif
transistor.
Kegunaan osilator pada rangkaian
elektronika sangatlah beragam tergantung frekuensi peruntukannya, antara lain
untuk keperluan radio, audio, bahkan power supply switching digunakan osilator.
Karena perkembangan teknologi semakin pesat, saat ini osilator banyak
dibangkitkan dengan menggunakan komponen yang sudah terintegrasi didalamnya
yang disebut dengan Integrated Circuit (IC). Didalam sebuah IC bisa terdapat
banyak sekali transistor dan komponen lainnya sehingga dapat dikemas menjadi
jauh lebih ringkas.
Cara Kerja Transistor
Cara kerja transistor yang akan
dijelaskan disini meliputi cara kerja transistor secara umum sesuai dengan
aplikasi dan kegunaanya sehingga lebih mudah untuk dipahami. Sedangkan untuk
rumus-rumus dan perhitungan dari transistor akan dibahas pada artikel tersendiri.
Tahukah anda bahwa sebuah komputer
zaman dulu memiliki ukuran yang besarnya bisa melebihi ukuran lemari baju di
rumah Anda. Ya,, memang sebesar itulah komputer zaman dahulu sebelum
ditemukannya komponen transistor. Kemampuannya pun masih sangat terbatas hanya
untuk menghitung perhitungan dasar matematika.
Seiring dengan perkembangan teknologi
yang semakin pesat, bahkan transistor mengalami perkembangan yang jauh lebih
kompleks yang sudah dipadukan secara terintegrasi. Contoh sederhana yang dapat
kita temui adalah pada smartphone. Didalam smartphone terdapat sebuah komponen
yang merupakan otak dari segala algoritma perhitungan, yaitu chipset. Didalam
chipset ini terdiri dari berbagai jenis komponen yang sebagian besar adalah
transistor. Jumlah transistor pada sebuah perangkat smartphone yang memiliki
ukuran yang sangat kecil memiliki jutaan bahkan ratusan juta transistor
didalamnya.
Prinsip kerja transistor secara umum
sedikit diluar konteks teknis adalah tidak lebih dari sebuah perangkat yang
dapat memutuskan dan mengalirkan arus listrik tanpa ada bagian mekanis yang
bergerak. Transistor dibuat dari bahan semikonduktor seperti silikon dan
germanium.
Pada dasarnya sebuah komponen
semikonduktor memiliki tingkat konduktivitas listrik yang sangat rendah. Namun
ketika sebuah komponen silikon tersebut diberikan sebuah bahan impuriti
yang disebut dengan doping, maka tingkat konduktivitas dari sebuah
semikonduktor dapat meningkat secara tajam.
Pada bahan semikonduktor pada
transistor pada prinsipnya terdiri dari 4 buah atom yang saling berdekatan,
diantara keempat atom yang saling berdekatan tersebut terkikat oleh elektron.
Fungsi elektron-elektron ini adalah untuk mengikat elektron-elektron yang
terdapat pada atom lain yang saling berdekatan satu sama lainnya. Elektron ini
disebut dengan pita valensi. Agar atom-atom ini dapat menyerap energi dan
menyalurkannya satu sama lain agar semikonduktor dapat menghantarkan listrik,
maka elektron-elektron yang mengikat atom tadi harus menyerap energi dan
berubah menjadi elektron bebas.
Ketika sebuah bahan semikonduktor
diberikan arus listrik yang berfungsi mengaktifkan bahan “doping” maka sifat
semikonduktor yang tadinya bersifat konduktasi yang sangat rendah, akan berubah
menjadi konduktor yang baik tergantung banyaknya “doping” yang aktif akibat
penyerapan energi yang diberikan. Secara singkat, fungsi doping ini adalah
untuk meningkatkan tingkat konduktivitas dari sebuah semikonduktor.
Ketika keempat elemen (valensi) dari
sebuah atom yang saling terikat diberikan doping, katakanlah misalnya fosfor
yang memiliki 5 elemen. Makan ketika salah satu atom yang memiliki empat
valensi tadi digantikan oleh doping fosfor dengan 5 elemen, maka satu
elemen yang terikat oleh elektron akan menjadi elektron bebas dalam sistem.
Keseluruhan sistem ini disebut dengan doping
tipe N.
Ilustrasi doping tipe N pada semikonduktor. Credit:
https://www.youtube.com/learnengineering
Sebaliknya pada saat keempat elemen
atom tadi diberikan doping yang lainnya, katakanlah misalnya zat X yang
memiliki 3 elemen, maka ketika salah satu atom yang memiliki empat elemen tadi
digantikan oleh doping X, maka akan ada satu elemen atom yang kosong atau
disebut dengan lubang (hole), dan pada saat yang bersamaan, elektron dari
sistem yang lain yang bebas dapat mengisi hole yang kosong tersebut. Sistem ini
disebut dengan doping tipe P.
Pada aplikasinya, bahan semikonduktor
dari pembuatan transistor disebut dengan “wafer”. Wafer ini merupakan salah satu
bahan yang sangat populer dalam pembuatan transistor dan Integrated Circuit
(IC). Maka cara kerja transistor dengan bahan silikon ketika digambarkan pada
sebuah wafer dapat diilustrasikan sebagai berikut:
Dari gambar ilustrasi diatas terlihat
semakin jelas bahwa pada semikonduktor yang diberikan doping tipe P (warna
biru) dan doping tipe N (warna kuning), ketika diberikan sebuah energi listrik,
maka secara cepat elektron bebas di tipe N akan berpindah dan mengisi hole yang
terdapat pada tipe P. Kesimpulannya adalah bahwa yang asalnya semikonduktor
memiliki tingkat konduktivitas yang rendah, ketika diberikan energi listrik,
maka tingkat konduktivitas dari semikonduktor akan meningkat secara signifikan
sesuai dengan besarnya energi listrik yang diberikan. Pada sebuah dioda,
prinsip perpindahan elektron ini disebut dengan bias maju atau forward bias.
Sedangkan pada prinsipnya cara kerja transistor adalah dua buah dioda yang
dipasangkan saling berlawanan.
Advertisement
EmoticonEmoticon